數(shù)控機床編程“十二五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材

經(jīng)全國職業(yè)教育教材審定委員會審定

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第3版主編杜國臣副主編劉秉亮畢世英張金峰李傳軍參編李興凱李瑞斌王蘭紅王寶龍主審姜軍生機

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社第三章數(shù)控加工工藝與圖形的數(shù)學(xué)處理

學(xué)習(xí)目標(biāo):本章主要介紹了數(shù)控加工工藝與圖形數(shù)學(xué)處理的基本內(nèi)容與方法,并以典型實例進行了零件的數(shù)控加工工藝分析及其工藝文件的制定。本章是數(shù)控機床編程中的基本內(nèi)容,為學(xué)習(xí)后續(xù)各章內(nèi)容打好基礎(chǔ)。因此,要求熟悉數(shù)控加工工藝分析與圖形數(shù)學(xué)處理的基本概念和基本內(nèi)容,重點熟悉數(shù)控加工工藝分析與圖形數(shù)學(xué)處理的方法和步驟,以及數(shù)控加工工藝文件的制定等。當(dāng)在生產(chǎn)實際中遇到具體問題時,應(yīng)根據(jù)所學(xué)知識,合理而又靈活地去分析與制定數(shù)控加工工藝。視頻機

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社第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析

無論是手工編程還是自動編程,在編程前都要對所加工的零件進行工藝分析,擬定加工方案、設(shè)計工序內(nèi)容、編制工藝文件等。因此數(shù)控加工工藝分析是一項十分重要的工作。3.1.1數(shù)控加工工藝的特點與內(nèi)容

1.數(shù)控加工工藝的特點數(shù)控加工工藝與常規(guī)加工工藝在工藝設(shè)計過程和設(shè)計原則上是基本相似的,但數(shù)控加工工藝也有不同于常規(guī)加工工藝的特點,主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)工序內(nèi)容具體在普通機床上加工零件時,工序卡片的內(nèi)容比較簡單。很多內(nèi)容,如走刀路線的安排、刀具選擇、刀具補償?shù)?可由操作人員自行決定。而在數(shù)控機床上加工零件時,上述工藝問題必須認(rèn)真考慮。機

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社(2)工序內(nèi)容復(fù)雜由于數(shù)控機床的運行成本和對操作人員的要求相對較高,在安排零件數(shù)控加工時,一般應(yīng)首先考慮使用普通機床加工困難、使用數(shù)控加工能明顯提高效率和提高質(zhì)量的復(fù)雜零件。由于零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高,所以零件的工藝也相應(yīng)復(fù)雜。此外,由于數(shù)控機床較普通機床的剛度高,所配置刀具也較好,因而在同等情況下,所采用的切削用量通常比普通機床大。選擇切削用量時要充分考慮這些特點。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社2.數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容根據(jù)實際應(yīng)用需要,數(shù)控加工工藝分析主要考慮以下內(nèi)容。

1)分析零件圖樣,明確加工內(nèi)容、精度及技術(shù)要求。

2)制定工藝過程,確定加工方案。

3)設(shè)計工序內(nèi)容,如工步的劃分、工件的定位與夾緊、刀具的選擇、切削用量的確定等。

4)圖形的數(shù)學(xué)處理及加工路線的確定等。如基點、節(jié)點計算;對刀點、換刀點的選擇;加工路線確定等。

5)編制工藝文件,包括工藝過程卡、工序卡、刀具卡、加工路線圖等。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社3.1.2機床的合理選用在數(shù)控機床上加工零件時,一般有兩種情況。第一種情況:有零件圖樣和毛坯,要選擇適合加工該零件的數(shù)控機床;第二種情況:已經(jīng)有了數(shù)控機床,要選擇適合在該機床上加工的零件。無論那種情況,考慮的因素主要有毛坯的材料和類型、零件輪廓形狀復(fù)雜程度、尺寸大小、加工精度、零件數(shù)量、熱處理要求等。概括起來有三點:①要保證加工零件的技術(shù)要求,加工出合格的產(chǎn)品;②有利于提高生產(chǎn)效率;③盡可能降低生產(chǎn)成本(加工費用)。根據(jù)國內(nèi)外數(shù)控機床技術(shù)應(yīng)用實踐,數(shù)控機床加工的適用范圍可用圖3-1和圖3-2定性分析。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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圖3-1表明了隨零件的復(fù)雜程度和生產(chǎn)批量的不同,三種機床適用范圍的變化。當(dāng)零件不太復(fù)雜,生產(chǎn)批量不太大時,宜采用通用機床;當(dāng)生產(chǎn)批量很大時,數(shù)控機床就顯得更為適用了。圖3-2表明了隨生產(chǎn)批量的不同,采用三種機床加工時,綜合費用的比較。由圖可知,在多品種、小批量(100件以下)的生產(chǎn)情況下,使用數(shù)控機床可獲得較好的經(jīng)濟效益。零件批量的增大,對選用數(shù)控機床是不利的。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社綜上分析說明,數(shù)控機床通常最適合加工具有以下特點的零件。

1)多品種、小批量生產(chǎn)的零件或新產(chǎn)品試制中的零件。

2)輪廓形狀復(fù)雜,對加工精度要求較高的零件。

3)用普通機床加工時,需要有昂貴的工藝裝備(工具、夾具和模具)的零件。

4)需要多次改型的零件。

5)價值昂貴,加工中不允許報廢的關(guān)鍵零件。

6)需要最短生產(chǎn)周期的急需零件。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社3.1.3數(shù)控加工工藝性分析數(shù)控加工工藝性分析涉及面很廣,在此僅從數(shù)控加工的可能性和方便性進行分析。

1.零件圖的尺寸標(biāo)注應(yīng)符合編程方便的原則

(1)零件圖上的尺寸標(biāo)注方法應(yīng)適應(yīng)數(shù)控加工的特點在數(shù)控加工零件圖上,應(yīng)以同一基準(zhǔn)標(biāo)注尺寸或直接給出坐標(biāo)尺寸。這種標(biāo)注方法既便于編程,也便于尺寸之間的相互協(xié)調(diào)。由于零件設(shè)計人員一般在尺寸標(biāo)注中較多地考慮裝配等使用特性方面,而不得不采用局部分散的標(biāo)注方法,這樣就會給編程帶來許多不便。由于數(shù)控機床精度比較高,不會因產(chǎn)生較大的積累誤差而破壞使用特性,因此可將局部分散標(biāo)注法改為同一基準(zhǔn)標(biāo)注尺寸或直接給出坐標(biāo)尺寸的標(biāo)注法。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社(2)構(gòu)成零件輪廓的幾何元素的條件應(yīng)充分

在手工編程時,要計算每個基點坐標(biāo)。在自動編程時,要對構(gòu)成零件輪廓的所有幾何元素進行定義。因此在分析零件圖時,要分析幾何元素的給定條件是否充分。2.零件的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)符合數(shù)控加工的特點

(1)零件的內(nèi)腔和外形最好采用統(tǒng)一的幾何類型和尺寸這樣可以減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù),使編程方便,生產(chǎn)效率提高。如圖3-3a、b內(nèi)腔和外形轉(zhuǎn)接圓弧半徑R最好應(yīng)分別采用統(tǒng)一的尺寸。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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(2)內(nèi)腔和外形凹槽轉(zhuǎn)接圓弧半徑R不應(yīng)過小如圖3-3所示,圖b與圖a相比,轉(zhuǎn)接圓弧半徑大,可以采用較大直徑的銑刀來加工。加工平面時,進給次數(shù)也相應(yīng)減少,表面加工質(zhì)量也會好一些,所以工藝性較好。通常R<0.2H(H為零件輪廓面的加工高度)。

(3)內(nèi)腔槽底圓角半徑r不應(yīng)過大如圖3-4所示,圓角半徑r越大,銑刀端刃銑削平面的能力越差,效率也越低。當(dāng)r大到一定程度時,甚至必須用球頭刀加工,這是應(yīng)該盡量避免的。因為銑刀與銑削平面接觸直徑d=D-2r(D為銑刀直徑),當(dāng)D一定時,r越大,銑刀端刃銑削平面的面積越小,加工表面的能力越差,工藝性也越差。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社(4)應(yīng)采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位在數(shù)控加工中,若沒有統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位,就會因工件的重新安裝而導(dǎo)致加工后的兩個面上輪廓位置及尺寸不協(xié)調(diào)。因此要避免上述問題的產(chǎn)生,保證兩次裝夾加工后其相對位置的準(zhǔn)確性,應(yīng)采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社3.1.4加工方法與加工方案的確定

1.加工方法的選擇

加工方法的選擇原則是保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于獲得同一公差等級及表面粗糙度的加工方法一般有許多,因而在實際選擇時,要結(jié)合零件的形狀、尺寸大小和熱處理要求等全面考慮。例如,對于公差等級IT7的孔采用鏜削、鉸削、磨削等加工方法均可達到精度要求,但箱體上的孔一般采用鏜削或鉸削,而不宜采用磨削。一般小尺寸的箱體孔選擇鉸孔,當(dāng)孔徑較大時則應(yīng)選擇鏜孔。此外,還應(yīng)考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟性的要求,以及工廠的生產(chǎn)設(shè)備等實際情況。常用加工方法的經(jīng)濟加工精度及粗糙度可查閱有關(guān)工藝手冊。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社2.加工方案的確定

零件上比較精確表面的加工,常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步達到的。對這些表面僅僅根據(jù)質(zhì)量要求選擇相應(yīng)的最終加工方法是不夠的,還應(yīng)正確地確定從毛坯到最終成形的加工方案。

確定加工方案時,首先應(yīng)根據(jù)主要表面的精度和表面粗糙度的要求,初步確定為達到這些要求所需要的加工方法。例如,對于孔徑不大的公差等級IT7的孔,最終加工方法取精鉸時,則精鉸孔前通常要經(jīng)過鉆孔、擴孔和粗鉸孔等加工。表3-1~表3-3列出了鉆、鏜、鉸等幾種加工方法所能達到的公差等級及其工序加工余量,僅供參考。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社3.1.5工序與工步的劃分

1.工序的劃分

在數(shù)控機床上加工零件,工序可以比較集中,在一次裝夾中盡可能完成大部分或全部工序。首先應(yīng)根據(jù)零件圖樣,考慮被加工零件是否可以在一臺數(shù)控機床上完成整個零件的加工工作,若不能則應(yīng)決定其中哪一部分在數(shù)控機床上加工,哪一部分在其他機床上加工,即對零件的加工工序進行劃分。一般有以下幾種方式。

(1)按零件裝卡定位方式劃分工序由于每個零件結(jié)構(gòu)形狀不同,各表面的技術(shù)要求也有所不同,故加工時,其定位方式則各有差異。一般加工外形時,以內(nèi)形定位;加工內(nèi)形時,又以外形定位。因而可根據(jù)定位方式的不同來劃分工序。在工序安排上一般先進行內(nèi)形內(nèi)腔加工,后進行外形加工。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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如圖3-5所示的片狀凸輪,按定位方式可分為三道工序,第一道工序是以B面定位加工A面;第二道工序是以A面定位加工B面、?22H7內(nèi)孔和?4H7工藝孔;第三道工序是以B面和?22H7內(nèi)孔及?4H7工藝孔(一面兩孔)定位,加工凸輪外表面輪廓。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社(2)按粗、精加工分開方式劃分工序根據(jù)零件的加工精度、剛度和變形等因素來劃分工序時,可按粗、精加工分開的原則來劃分工序,即先進行粗加工再精加工。如圖3-6所示車削加工零件,可分為二道工序,第一道工序進行粗車加工,切除零件的大部分余量;第二道工序進行半、精車削加工,以保證加工精度和表面粗糙度的要求。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社(3)按所用刀具集中方式劃分工序為了減少換刀次數(shù)和空行程時間,減少不必要的定位誤差,可按刀具集中的方法加工零件,即在一次裝夾中,盡可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位,然后再換另一把刀加工其他部位。但在工序安排上一般先進行面加工,后進行孔加工。

2.工步的劃分

工步的劃分主要從加工精度和加工效率兩方面考慮。在一個工序內(nèi)往往需要采用不同的刀具和切削用量,對不同的表面進行加工。為了便于分析和描述較復(fù)雜的工序,在工序內(nèi)又細(xì)分為工步。下面說明工步劃分的原則。

(1)先粗后精的原則同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成,或全部加工表面按先粗后精加工分開進行。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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(2)先面后孔的原則對于既有銑面又有鏜孔的零件,可先銑面后鏜孔。按此方法劃分工步,可以提高孔的加工精度。因為銑削時切削力較大,工件易發(fā)生變形。先銑面后鏜孔,使刀具有一段時間恢復(fù),可減少由變形引起的對孔的加工精度的影響。

(3)刀具集中的原則某些機床工作臺回轉(zhuǎn)時間比換刀時間短,可采用按刀具集中原則劃分工步,以減少換刀次數(shù),提高加工效率?？傊?工序與工步之間的劃分要根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求等情況綜合考慮。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社3.1.6零件的定位與安裝

1.定位安裝的基本原則在數(shù)控機床上加工零件時,定位安裝的基本原則與普通機床相同,也要合理選擇定位基準(zhǔn)和夾緊方案。為了提高數(shù)控機床的效率,在確定定位基準(zhǔn)與夾緊方案時應(yīng)注意以下四點。

1)力求設(shè)計、工藝與編程計算的基準(zhǔn)統(tǒng)一。

2)盡量減少裝夾次數(shù),盡可能在一次定位裝夾后,加工出全部待加工面。

3)避免采用占機人工調(diào)試加工方案,以充分發(fā)揮數(shù)控機床的效能。

4)夾緊力的作用點應(yīng)落在工件剛性較好的部位。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社2.選擇夾具的基本原則

數(shù)控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求:一是要保證夾具的坐標(biāo)方向與機床的坐標(biāo)方向相對固定;二是要協(xié)調(diào)零件和機床坐標(biāo)系的尺寸關(guān)系。其次,還要考慮以下三點。

(1)準(zhǔn)備時間短

當(dāng)零件批量不大時,應(yīng)盡量采用通用夾具,以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間、節(jié)省生產(chǎn)費用。在成批生產(chǎn)時既可以考慮專用夾具,也可以采用柔性夾具。柔性夾具是指由一套預(yù)先制造好的各種不同形狀、不同尺寸規(guī)格、不同功能的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化元件組裝而成的夾具。工件的形狀和尺寸有一定變化后,柔性夾具還能適應(yīng)這種變化并能繼續(xù)使用。圖3-7所示為孔系柔性夾具。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社(2)裝卸零件方便由于數(shù)控機床的加工效率高,裝夾工件的輔助時間對加工效率影響較大,所以要求數(shù)控機床夾具在使用中裝卸要快捷且方便,以縮短輔助時間?？杀M量采用氣動、液壓夾具。

(3)便于自動化加工夾具上各零部件應(yīng)不妨礙機床對零件各表面的加工,即夾具要開敞,其定位、夾緊機構(gòu)元件不能影響加工中的進給(如產(chǎn)生碰撞等)。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社3.1.7數(shù)控加工刀具與工具系統(tǒng)刀具與工具的選擇是數(shù)控加工工藝中重要的內(nèi)容之一,它不僅影響機床的加工效率,而且直接影響加工質(zhì)量。與傳統(tǒng)的加工方法相比,數(shù)控加工對刀具和工具的要求更高。不僅要求精度高、剛度好、壽命長,而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝調(diào)整方便。

1.數(shù)控加工刀具材料

(1)高速鋼高速鋼又稱鋒鋼、白鋼。它是含有鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)、鈷(Co)等元素的合金鋼,分為鎢、鉬兩大系列,是傳統(tǒng)的刀具材料。其常溫硬度為62~65HRC,熱硬性可提高到500~600℃。淬火后變形小,易刃磨,可鍛制和切削。它不僅可用來制造鉆頭、銑刀,還可用來制造齒輪刀具、成形銑刀等復(fù)雜刀具。但由于其允許的切削速度較低(50m/min),所以大都用于數(shù)控機床的低速加工。普通高速鋼是以W18Cr4V為代表。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社(2)硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是由硬度和熔點都很高的碳化物(WC,TiC,TaC,NbC等),用Co、Mo、Ni做粘結(jié)劑制成的粉末冶金產(chǎn)品。其常溫硬度可達74~82HRC,能耐800~1000℃的高溫。生產(chǎn)成本較低,可在中速(150m/min)、大進給切削中發(fā)揮出優(yōu)良的切削性能,因此成為最為廣泛使用的刀具材料。但其沖擊韌度與抗彎強度遠(yuǎn)比高速鋼低,因此很少做成整體式刀具。在實際使用中,一般將硬質(zhì)合金刀塊用焊接或機械夾固的方式固定在刀體上。常用的硬質(zhì)合金有鎢鈷(YG)合金、鎢鈦(YT)合金和鎢鈦鉭(鈮)(YW)合金三大類。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社(3)涂層硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金刀具上涂覆一層或多層耐磨性好的TiN、TiCN、TiAlN和Al2O3等,涂層的厚度為2~18μm。涂層通常起到兩方面的作用:一方面,它具有比刀具基體和工件材料低得多的熱傳導(dǎo)系數(shù),減弱了刀具基體的熱作用;另一方面,它能夠有效地改善切削過程的摩擦和粘附作用,降低切削熱的生成。TiN具有低摩擦特性,可減少涂層組織的損耗。TiCN可降低后刀面的磨損。TiCN涂層硬度較高。Al2O3涂層具有優(yōu)良的隔熱效果。涂層硬質(zhì)合金刀具與硬質(zhì)合金刀具相比,無論在強度、硬度和耐磨性方面均有了很大的提高。對于硬度為45~55HRC的工件的切削,低成本的涂層硬質(zhì)合金可實現(xiàn)高速切削。圖3-8所示為涂層硬質(zhì)合金刀片。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社(4)陶瓷材料陶瓷是近幾十年來發(fā)展速度快,應(yīng)用日趨廣泛的刀具材料之一。在不久的將來,陶瓷可能繼高速鋼、硬質(zhì)合金以后引起切削加工的第三次革命。陶瓷刀具具有高硬度(91~95HRA)、高強度(抗彎強度為750~1000MPa)、耐磨性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、良好的抗粘接性能、摩擦系數(shù)低且價格低廉等優(yōu)點。不僅如此,陶瓷刀具還具有很高的高溫硬度,1200℃時硬度達到80HRA。使用正常時,陶瓷刀具壽命極長,切削速度可比硬質(zhì)合金提高2~5倍,特別適合高硬度材料加工、精加工以及高速加工,加工硬度可達60HRC的淬硬鋼和硬化鑄鐵等。常用的陶瓷材料有氧化鋁基陶瓷、氮化硅基陶瓷和金屬陶瓷等,如圖3-9所示。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社(5)立方氮化硼(CBN)

CBN是人工合成的高硬度材料,其硬度可達7300~9000HV,其硬度和耐磨性僅次于金剛石,有極好的高溫硬度,與陶瓷刀具相比,其耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性稍差,但沖擊強度和抗破碎性能較好。它廣泛適用于淬硬鋼(50HRC以上)、珠光體灰鑄鐵、冷硬鑄鐵和高溫合金等的切削加工。與硬質(zhì)合金刀具相比,其切削速度可提高一個數(shù)量級。CBN含量高的PCBN(聚晶立方氮化硼)刀具硬度高、耐磨性好、抗壓強度及沖擊韌度高,其缺點是熱穩(wěn)定性差和化學(xué)惰性低,適用于耐熱合金、鑄鐵和鐵系燒結(jié)金屬的切削加工,如圖3-10所示。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社(6)聚晶金剛石(PCD)

PCD作為最硬的刀具材料,硬度可達10000HV,具有最好的耐磨性,它能夠以高速度(1000m/min)和高精度加工軟的有色金屬材料,但它對沖擊敏感,容易碎裂,而且對黑色金屬中鐵的親和力強,易引起化學(xué)反應(yīng),一般情況下只能用于加工非鐵零件,如有色金屬及其合金、玻璃纖維、工程陶瓷和硬質(zhì)合金等極硬的材料,如圖3-11所示。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社2.數(shù)控加工刀具

(1)車削加工刀具數(shù)控車床使用的刀具,無論是車刀、鏜刀、切斷刀還是螺紋加工刀具等均有焊接式和機夾式之分,目前數(shù)控車床上廣泛使用機夾式可轉(zhuǎn)位刀具,其結(jié)構(gòu)如圖3-12所示。它由刀桿1、刀片2、刀墊3以及夾緊元件4組成。刀片每邊都有切削刃,當(dāng)某切削刃磨損鈍化后,只需松開夾緊元件,將刀片轉(zhuǎn)一個位置便可繼續(xù)使用。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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刀片是機夾可轉(zhuǎn)位刀具的一個最重要組成元件。按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2076—2007《切削刀具用轉(zhuǎn)位刀片型號表示規(guī)則》,可轉(zhuǎn)位刀片的形狀和表達特性如圖3-13所示。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社(2)銑削加工刀具選擇銑刀時,要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應(yīng)。生產(chǎn)中,平面零件周邊輪廓的加工,常采用立銑刀。銑平面時,應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀;加工凸臺、凹槽時,選高速鋼立銑刀;加工毛坯表面或粗加工孔時,可選鑲硬質(zhì)合金的玉米銑刀。對一些立體型面和變斜角輪廓外型的加工,常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀等(如圖3-14所示)。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社(3)孔加工刀具數(shù)控孔加工刀具常用的有中心鉆、鉆頭、鏜刀、鉸刀和絲錐等。下面僅介紹鏜刀。

鏜刀按切削刃數(shù)量分為單刃鏜刀和雙刃鏜刀。鏜削通孔、階梯孔和不通孔可分別選用圖3-15a、b、c所示的單刃鏜刀。單刃鏜刀頭用螺釘裝夾在鏜桿上。調(diào)節(jié)螺釘1用于調(diào)整尺寸,緊固螺釘2起鎖緊作用。單刃鏜刀剛性差,切削時易引起振動,所以鏜刀的主偏角選得較大,以減小徑向力。鏜鑄鐵孔或精鏜時,一般取κr=90°;粗鏜鋼件孔時,取κr=60°~75°,以延長刀具壽命。所鏜孔徑的大小靠調(diào)整刀具的懸伸長度保證,調(diào)整較麻煩,僅用于單件小批生產(chǎn)。但單刃鏜刀結(jié)構(gòu)簡單,適應(yīng)性較廣,粗、精加工都適用。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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在孔的精鏜中,目前較多地選用精鏜微調(diào)鏜刀。這種鏜刀的徑向尺寸可以在一定范圍內(nèi)進行微調(diào),調(diào)節(jié)方便,且精度高,其結(jié)構(gòu)如圖3-16所示。調(diào)整尺寸時,先松開拉緊螺釘6,然后轉(zhuǎn)動帶刻度盤的調(diào)整螺母3,等調(diào)至所需尺寸,再擰緊螺釘6,使用時應(yīng)保證錐面靠近大端接觸(即鏜桿90°錐孔的角度公差為負(fù)值),且與直孔部分同心。鍵與鍵槽配合間隙不能太大,否則微調(diào)時就不能達到較高的精度。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社3.數(shù)控機床的工具系統(tǒng)在加工中心上要適應(yīng)多種形式零件不同部位的加工,故其刀具裝夾部分的結(jié)構(gòu)、形式、尺寸也是多種多樣的。把通用性較強的幾種裝夾工具(例如裝夾不同刀具的刀柄和夾頭等)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化就成為通常所說的工具系統(tǒng)。該工具系統(tǒng)是一個聯(lián)系數(shù)控機床的主軸與刀具之間的輔助系統(tǒng),具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、裝卸靈活、使用方便、更換迅速等特點。關(guān)于工具系統(tǒng)的代號可查閱有關(guān)手冊。圖3-17為刀具與刀柄的連接圖。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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加工中心的主軸錐孔通常分為兩大類,即錐度為7∶24的通用系統(tǒng)和1∶10的HSK真空系統(tǒng)。錐度為7∶24的通用刀柄通常有五種標(biāo)準(zhǔn),即NT型(德國DIN標(biāo)準(zhǔn),僅用于手動裝刀,中國GB標(biāo)準(zhǔn)稱之為ST型)、JT型(ISO標(biāo)準(zhǔn)、德國DIN標(biāo)準(zhǔn)、中國GB標(biāo)準(zhǔn))、IV或IT型(ISO標(biāo)準(zhǔn))、BT型(日本MAS標(biāo)準(zhǔn))以及CAT型(美國ANSI標(biāo)準(zhǔn))。目前國內(nèi)使用最多的是JT型和BT型兩種刀柄。錐度為1∶10的HSK刀柄適合于高速加工,且每種刀柄只能安裝一種柄徑的刀具。對HSK熱脹刀柄還需要配置加熱設(shè)備,如圖3-18所示。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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圖3-19為常用的幾種刀柄。圖3-19a為鉆夾頭刀柄,主要用于裝夾直柄鉆頭,也用于裝夾直柄銑刀、鉸刀、絲錐等;圖3-19b為彈簧夾頭刀柄,主要用于裝夾直柄鉆頭、銑刀、鉸刀、絲錐等;圖3-19c為強力型形刀柄,主要用于裝夾直柄銑刀、鉸刀等;圖3-19d為側(cè)固式刀柄,主要用于裝夾鉆、銑、粗鏜刀等削平刀柄刀具;圖3-19e為平面銑刀柄,主要用于裝夾平面銑刀等;圖3-19f為莫氏刀柄,適合裝夾帶有莫氏錐度的鉆頭、鉸刀、銑刀和非標(biāo)準(zhǔn)刀具等。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社4.對刀儀

對刀儀又稱刀具預(yù)調(diào)儀,是用來調(diào)整或測量刀具尺寸的,是數(shù)控機床的輔助工具。從工作方式上看,對刀儀分機內(nèi)測量和機外測量兩種;從結(jié)構(gòu)與原理上又分接觸式測量和非接觸式測量。機外測量需要將每把刀具依次測量其長度或直徑,并輸入到系統(tǒng)中,常用的有光學(xué)投影式對刀儀等。機內(nèi)測量是將刀庫中的刀具按事先設(shè)定的程序進行測量,然后與參考位置或者標(biāo)準(zhǔn)刀具進行比較得到刀具的長度或直徑,并自動更新到相應(yīng)的NC刀具參數(shù)表中,常用的有壓電式對刀儀和激光式對刀儀等。對刀儀對刀精度一般在0.001mm左右。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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圖3-20~圖3-22是數(shù)控銑床和加工中心常用的三種對刀儀。圖3-20是光學(xué)投影式對刀儀,屬于機外非接觸式對刀儀,其原理是將刀具安裝在刀座上后,調(diào)整鏡頭,就可以在屏幕上見到放大的刀具刃口部分的影像,此時調(diào)整屏幕使米字刻線與刃口重合,即可完成對刀,同時在數(shù)字顯示器上可讀出相應(yīng)的直徑和軸向尺寸值。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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圖3-21是壓電式對刀儀,主要由開關(guān)測頭、硬質(zhì)合金圓柱體對刀塊(接觸傳感器)、信號傳輸接口器和測量軟件等組成。接觸傳感器是用于與刀具進行接觸,并通過安裝在其下的撓性支撐桿,把力傳至高精度開關(guān);開關(guān)所發(fā)出的通、斷信號,通過信號傳輸接口器,傳輸?shù)綌?shù)控系統(tǒng)中進行刀具方向識別、運算、補償、存取等。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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圖3-22是激光式對刀儀。其基本原理為采用聚焦激光光束為觸發(fā)媒介,當(dāng)激光光束被旋轉(zhuǎn)的刀具遮蔽時,便產(chǎn)生觸發(fā)信號。和接觸式對刀儀有本質(zhì)不同的是,激光對刀儀采用非接觸測量,在對刀時沒有接觸力,因而可以對極其細(xì)小的刀具進行測量,而不用擔(dān)心由于接觸力導(dǎo)致細(xì)小刀具的折損。同時,在測量時,刀具以加工速度高速旋轉(zhuǎn),所以測量狀態(tài)幾乎完全等同于實際加工狀態(tài),提高了對刀精度。而且,該對刀儀可以通過對刀具外形進行掃描來測量刀具的輪廓,并可對多刃刀具的單個刀刃進行破損監(jiān)測。其主要缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,需要額外的高質(zhì)量氣源對內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行保護,造價較高,主要適用于高速加工中心。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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圖3-23所示的是在數(shù)控車床上常用的一種對刀儀,該對刀儀主要由接觸傳感器測頭、精密連接臂、安裝座及測量軟件等組成,其測量原理同壓電式對刀儀。在測量時,測頭5通過精密連接臂6和安裝座7固定在機床主軸1旁,測頭5的垂直中心線分別和機床的X、Z兩軸平行。移動刀架3,當(dāng)?shù)毒?的刀尖部分接觸到測頭5時,測頭5便發(fā)出觸發(fā)信號,信號通過接口裝置觸發(fā)CNC系統(tǒng),記下此時刀具的位置,然后通過相應(yīng)的測量軟件計算出測量所得的刀具X、Z向尺寸,并隨即自動修正CNC系統(tǒng)中對應(yīng)刀具偏置值。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社3.1.8切削用量的確定

切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速(或切削速度)、背吃刀量、進給量。對于不同的加工方法,需要選擇不同的切削用量,并應(yīng)編入程序單內(nèi)。

合理選擇切削用量的原則是:粗加工時,一般以提高生產(chǎn)率為主,但也應(yīng)考慮經(jīng)濟性和加工成本;半精加工和精加工時,應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下,兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機床說明書、切削用量手冊,并結(jié)合經(jīng)驗而定。

(1)背吃刀量ap(mm)背吃刀量ap主要根據(jù)機床、夾具、刀具和工件的剛度來決定。在剛度允許的情況下,應(yīng)以最少的進給次數(shù)切除加工余量,最好一次切凈余量,以便提高生產(chǎn)效率。在數(shù)控機床上,精加工余量可小于普通機床,一般取0.2~0.5mm。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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在數(shù)控車床上編程一般用進給量(mm/r)表示;在數(shù)控銑床或加工中心上編程用進給速度(mm/min)表示。當(dāng)加工精度、表面粗糙度要求高時,進給量(進給速度)數(shù)值應(yīng)小些,一般在20~50mm/min范圍內(nèi)選取。最大進給量(進給速度)則受機床剛度和進給系統(tǒng)的性能限制,并與脈沖當(dāng)量有關(guān)。在數(shù)控機床操作面板上都有進給量(進給速度)修調(diào)開關(guān),并可在0~150%范圍內(nèi)以每級10%進行調(diào)整。在零件試切削時,進給量(進給速度)的修調(diào)可使操作者選取最佳的進給速度。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社3.1.9數(shù)控加工路線的確定

在數(shù)控加工中,刀具的刀位點相對于工件運動的軌跡稱為加工路線。刀位點又稱理論刀尖點,是指刀具對刀時的理論刀尖點,也是刀具定位的基準(zhǔn)點,如圖3-24所示。不同類型刀具的刀位點不同,對車刀、鏜刀來說,若刀尖無圓角,其刀尖點為刀位點;對鉆頭來說,鉆頭尖點為刀位點;對立銑刀、端銑刀來說,刀具底面的中心點為刀位點;對球頭銑刀來說,球頭端點為刀位點,也可把球頭中心設(shè)為刀位點。如圖3-25所示。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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編程時,加工路線的確定原則主要有以下幾點。

1)加工路線應(yīng)保證被加工零件的精度和表面粗糙度,且效率較高、走刀安全。

2)使數(shù)值計算簡單,以減少編程工作量。

3)應(yīng)使加工路線最短,這樣既可減少程序段,又可減少空刀時間。此外,確定加工路線時,還要考慮工件的加工余量和機床、刀具的剛度等情況,確定是一次進給,還是多次進給來完成加工,以及在銑削加工中是采用順銑還是逆銑等。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社1.車削加工路線的確定

(1)最短的車削加工路線車削進給路線為最短,可有效地提高生產(chǎn)效率,降低刀具的損耗等。圖3-26為粗車幾種不同車削進給路線的安排示意圖。其中圖3-26a表示利用數(shù)控系統(tǒng)具有的封閉式復(fù)合循環(huán)功能控制車刀沿著工件輪廓進行進給的路線;圖3-26b為利用其程序循環(huán)功能安排的“三角形”進給路線;圖3-26c為利用其矩形循環(huán)功能而安排的“矩形”進給路線。

對以上三種車削進給路線,經(jīng)分析和判斷后可知,矩形循環(huán)進給路線的進給長度總和最短。因此,在同等條件下,其車削所需時間(不含空行程)最短,刀具的損耗最少。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社(2)車削螺紋加工路線在數(shù)控機床上車削螺紋時,刀具沿螺紋方向的進給應(yīng)和機床主軸的旋轉(zhuǎn)保持嚴(yán)格的速比關(guān)系,因此應(yīng)避免進給機構(gòu)加速或減速過程中車削。為此要有切入距離δ1和切出距離δ2,如圖3-27所示。δ1和δ2

的數(shù)值不僅與機床拖動系統(tǒng)的動態(tài)特性有關(guān),還與螺紋的導(dǎo)程和螺紋的精度有關(guān),一般δ1為2~5mm,對大螺距和高精度的螺紋取大值;δ2一般取δ1的1/2~1/4左右。若螺紋收尾處沒有退刀槽時,系統(tǒng)控制刀具按45°退刀收尾。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社2.銑削加工路線的確定

(1)順銑和逆銑銑削有順銑和逆銑兩種方式。當(dāng)工件表面無硬皮,機床進給機構(gòu)無間隙時,應(yīng)選用順銑,按照順銑安排加工路線。因為采用順銑加工后,零件已加工表面質(zhì)量好,刀齒磨損小。精銑時,尤其是零件材料為鋁鎂合金、鈦合金或耐熱合金時,應(yīng)盡量采用順銑。當(dāng)工件表面有硬皮,機床的進給機構(gòu)有間隙時,應(yīng)采用逆銑,按照逆銑安排加工路線。因為逆銑時,刀齒是從已加工表面切入,不會崩刃;機床進給機構(gòu)的間隙不會引起振動和爬行。視頻第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社(2)銑削外輪廓的加工路線銑削平面零件外輪廓時,一般是采用立銑刀側(cè)刃切削。刀具切入零件時,應(yīng)避免沿零件外輪廓的法向切入,以免在切入處產(chǎn)生刀具的刻痕,而應(yīng)沿切削起始點延伸線(圖3-28a)或切線方向(圖3-28b)逐漸切入零件,保證零件曲線的平滑過渡。同樣,在切離零件時,也應(yīng)避免在切削終點處直接抬刀,要沿著切削終點延伸線(圖3-28a)或切線方向(圖3-28b)逐漸切離零件。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社(3)銑削內(nèi)輪廓的加工路線銑削封閉的內(nèi)輪廓表面時,同銑削外輪廓一樣,刀具同樣不能沿輪廓曲線的法向切入和切出,此時刀具可以沿一過渡圓弧切入和切出工件輪廓。圖3-29所示為銑切內(nèi)圓的加工路線,圖中R1為零件圓弧輪廓半徑,R2為過渡圓弧半徑。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社(4)銑削內(nèi)槽的加工路線內(nèi)槽在模具零件較常見,都采用平底立銑刀加工,刀具圓角半徑應(yīng)符合內(nèi)槽的圖樣要求。圖3-30所示為加工內(nèi)槽的三種加工路線。圖3-30a和圖3-30b分別用行切法和環(huán)切法加工內(nèi)槽。兩種加工路線的共同點是都能切凈內(nèi)腔中全部面積,不留死角,不傷輪廓,同時盡量減少重復(fù)進給的搭接量。不同點是行切法的加工路線比環(huán)切法短,但行切法會在每次進給的起點與終點間留下殘留面積,達不到所要求的表面粗糙度;用環(huán)切法獲得的表面粗糙度要好于行切法,但環(huán)切法需要逐次向外擴展輪廓線,刀位點計算稍微復(fù)雜一些。綜合行、環(huán)切法的優(yōu)點,采用圖3-30c所示的加工路線,即先用行切法切去中間大部分余量,最后用環(huán)切法精銑一刀,既能使總的加工路線較短,又能獲得較好的表面粗糙度。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社3.孔加工路線的確定加工孔時,一般是先將刀具在XY平面內(nèi)快速定位到孔中心線的位置上方,然后刀具再沿Z向(軸向)運動進行加工。所以孔加工進給路線的確定包括以下內(nèi)容。

(1)確定XY平面內(nèi)的加工路線安排加工路線時,要避免機械進給系統(tǒng)的反向間隙對孔位精度的影響。例如,鏜削圖3-31a所示零件上的四個孔,按圖3-31b所示加工路線加工,由于4孔與1、2、3孔定位方向相反,Y向反向間隙會使定位誤差增加,從而影響4孔與其他孔的位置精度。按圖3-31c所示加工路線,就可避免反向間隙的引入,提高了4孔的定位精度。定位迅速和定位準(zhǔn)確兩者有時難以同時滿足,這時應(yīng)抓主要矛盾,若按最短路線加工能保證定位精度,則取最短路線;反之,應(yīng)取能保證定位準(zhǔn)確的路線,特別是在精加工的情況下。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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(2)確定Z向(軸向)的加工路線刀具在Z向的加工路線分為快速移動進給路線和工作進給路線。刀具先從初始平面快速運動到距工件加工表面一定距離的R平面(距工件加工表面一切入距離的參考平面)上,然后按工作進給速度運動進行加工。圖3-32a所示為加工單個孔時刀具的加工路線。對多孔加工,為減少刀具空行程進給時間,加工中間孔時,刀具不必退回到初始平面,只要退到R平面即可,其加工路線如圖3-32b所示。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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在工作進給路線中,工作進給距離ZF包括加工孔的深度H、刀具的切入距離Za和切出距離Zo(加工通孔),如圖3-33所示。刀具切入、切出距離的經(jīng)驗數(shù)據(jù)見表3-4。加工不通孔時,工作進給距離為ZF=Za+H+Tt加工通孔時,工作進給距離為ZF=Za+H+Zo+Tt第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社3.1.10工藝文件的制訂零件的加工工藝設(shè)計完成后,就應(yīng)該將有關(guān)內(nèi)容填入各種相應(yīng)的表格(或卡片)中,以便貫徹執(zhí)行并將其作為編程和生產(chǎn)前技術(shù)準(zhǔn)備的依據(jù),這些表格(或卡片)被稱為工藝文件。數(shù)控加工工藝文件除包括機械加工工藝過程卡、機械加工工藝卡、數(shù)控加工工序卡三種以外,還包括數(shù)控加工刀具卡。另外,為方便編程,也可以畫出各工步的加工路線圖。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社1.機械加工工藝過程卡

機械加工工藝過程卡是以工序為單位,簡要地列出整個零件加工所經(jīng)過的工藝路線(包括毛坯制造、機械加工和熱處理等)。它是制訂其他工藝文件的基礎(chǔ),也是生產(chǎn)準(zhǔn)備、編排作業(yè)計劃和組織生產(chǎn)的依據(jù)。在這種卡片中,由于各工序的說明不夠具體,故一般不直接指導(dǎo)工人操作,而多作為生產(chǎn)管理方面使用。但在單件小批生產(chǎn)中,由于通常不編制其他較詳細(xì)的工藝文件,就以這種卡片指導(dǎo)生產(chǎn)。其格式見機械加工工藝有關(guān)手冊。2.機械加工工藝卡

機械加工工藝卡是以工序為單位,詳細(xì)地說明整個工藝過程的一種工藝文件。它是用來指導(dǎo)工人生產(chǎn)和幫助車間管理人員和技術(shù)人員掌握整個零件加工過程的一種主要技術(shù)文件,是廣泛用于成批生產(chǎn)的零件和重要零件的小批生產(chǎn)中。加工工藝卡內(nèi)容包括零件的材料、毛坯種類、工序號、工序名稱、工序內(nèi)容、工藝參數(shù)、操作要求以及采用的設(shè)備和工藝裝備等。其格式可參考機械加工工藝相關(guān)手冊。第一節(jié)數(shù)控加工工藝分析機

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社3.數(shù)控加工工序卡數(shù)控加工工序卡片是根據(jù)機械加工工藝卡為一道工序制訂的。它更詳細(xì)地說明整個零件各個工序的要求,是用來具體指導(dǎo)工人操作的工藝文件。在這種卡片上要畫工序簡圖,說明該工序每一工步的內(nèi)容、工藝參數(shù)、操作要求以及所用的設(shè)備與工藝裝備。同時還要注明程序編號、編程原點和對刀點等。其格式見表3-6所示。4.數(shù)控加工刀具卡數(shù)控加工刀具卡主要包括刀具的詳細(xì)資料,有刀具號、刀具名稱及規(guī)格、刀輔具等。不同類型的數(shù)控機床刀具卡也不完全一樣。數(shù)控加工刀具片同數(shù)控加工工序卡一樣,是用來編制零件加工程序和指導(dǎo)生產(chǎn)的重要工藝文件。其格式見表3-7所示。第二節(jié)圖形的數(shù)學(xué)處理機

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社3.2圖形的數(shù)學(xué)處理對零件圖形進行數(shù)學(xué)處理(又稱數(shù)值計算)是數(shù)控編程前的主要準(zhǔn)備工作,無論對于手工編程還是自動編程都是必不可少的。圖形的數(shù)學(xué)處理就是根據(jù)零件圖樣的要求,按照已確定的加工路線和允許的編程誤差,計算出數(shù)控系統(tǒng)所需輸入的數(shù)據(jù)。圖形數(shù)學(xué)處理的內(nèi)容主要有基點計算、節(jié)點計算和輔助計算等。第二節(jié)圖形的數(shù)學(xué)處理機

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社3.2.1

基點計算一個零件的輪廓曲線常常有不同的幾何元素組成,如直線、圓弧、二次曲線等。各幾何元素間的連接點稱為基點,如兩直線的交點、直線與圓弧的交點或切點、圓弧與圓弧的交點或切點、圓弧或直線與二次曲線的切點或交點等。零件平面輪廓大多由直線和圓弧組成,所以零件輪廓曲線的基點計算較簡單?；c的計算一般可根據(jù)圖樣給定條件,用幾何法、解析幾何法、三角函數(shù)法或用計算機繪圖求得。第二節(jié)圖形的數(shù)學(xué)處理機

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社3.2.2

節(jié)點計算如果零件的輪廓曲線不是由直線或圓弧構(gòu)成(如可能是橢圓、雙曲線、拋物線、一般二次曲線、阿基米德螺旋線等曲線),而數(shù)控裝置又不具備其他曲線的插補功能時,要采取用直線(圖3-34a)或圓弧(圖3-34b)逼近的數(shù)學(xué)處理方法,即在滿足允許編程誤差的條件下,用若干直線段或圓弧端分割逼近給定的曲線。相鄰直線段或圓弧段的交點或切點稱為節(jié)點。圖3-34所示1、2、3點為節(jié)點。最大偏差δ≤δ允,δ允一般取零件公差的1/5~1/10。第二節(jié)圖形的數(shù)學(xué)處理機

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社節(jié)點計算方法較多,下面介紹幾種簡單方法。

1.等間距法直線逼近節(jié)點計算

等間距法直線逼近節(jié)點計算特點是每個程序段的某一個坐標(biāo)增量相等,根據(jù)曲線的表達式求出另一個坐標(biāo)值,即可求得節(jié)點坐標(biāo)。如圖3-35所示,由起點開始沿x軸方向Δx取為等間距長,再由曲線方程y=f(x)求得yi,設(shè)xi+1=xi+Δx,yi+1=f(xi+Δx),可求出一系列節(jié)點坐標(biāo)值作為編程數(shù)據(jù)。這種方法的關(guān)鍵是確定間距值,Δx取決于曲線的曲率和允許誤差δ允,常根據(jù)加工精度憑經(jīng)驗選取,一般選取Δx=0.1mm,再進行誤差驗算。若不滿足δ≤δ允,則減小Δx的取值。第二節(jié)圖形的數(shù)學(xué)處理機

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社2.等步長法直線逼近節(jié)點計算這種方法的特點是使所有逼近線段的長度相等,亦即每個程序段的長度相等,如圖3-36所示。由于輪廓曲線各處的曲率不等,這種方法在各程序段產(chǎn)生的插補誤差δ也不等,所以編程時必須使最大插補誤差小于δ允。該方法的關(guān)鍵是根據(jù)δ確定程序段長度。一般認(rèn)為最大插補誤差δy發(fā)生在最小曲率半徑處。其計算步驟是先求曲線最小曲率半徑Rmin,以Rmin為半徑作曲率圓得對應(yīng)的弦長l,以曲線起點a為圓心,以l為半徑作圓,求出該圓與已知曲線的交點b,其解作為節(jié)點b的坐標(biāo)。順次以b、c…為圓心,重復(fù)以上步驟,即可求出各節(jié)點的坐標(biāo)值。第二節(jié)圖形的數(shù)學(xué)處理機

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社3.等誤差法(變步長法)直線逼近節(jié)點計算等誤差法計算節(jié)點的特點是使零件輪廓曲線上各逼近線段的逼近誤差相等,且小于或等于δ允,各逼近線段的長度不相等,如圖3-37所示。計算節(jié)點的過程,是以起點(x0,y0)為圓心、δ允為半徑作圓,求該圓與輪廓曲線公切線的兩切點坐標(biāo)(X0,Y0),(X1,Y1),由兩切點坐標(biāo)求出公切線斜率k,過起點(x0,y0)作斜率為k的直線,得交點(x1,y1),即可求得第一個節(jié)點的坐標(biāo)(x1,y1),再重復(fù)上述計算過程可得其余各節(jié)點。第二節(jié)圖形的數(shù)學(xué)處理機

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社4.曲率圓法圓弧逼近輪廓的節(jié)點計算圓弧逼近輪廓求節(jié)點的方法有曲率圓法、三點圓法和相切圓法等。這里介紹曲率圓法,它是一種等誤差圓弧逼近法,應(yīng)用于曲線y=f(x)為單調(diào)的情形。若不是單調(diào)曲線,則可以在拐點處分段,使每段曲線為單調(diào)。其計算方法如圖3-38所示。從曲線y=f(x)的起點(xn,yn)開始作曲率圓,求偏差圓(半徑Rn+δy)與曲線的交點(xn+1,yn+1),δy≤δ允。當(dāng)曲線曲率遞減時取(Rn+δ允),當(dāng)曲線曲率遞增時取(Rn-δ允)。求過(xn,yn)和(xn+1,yn+1)兩點,且半徑為Rn圓的圓心坐標(biāo)(ζm,ηm)。重復(fù)上述計算可依次求得其他逼近圓弧。第二節(jié)圖形的數(shù)學(xué)處理機

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社3.2.3輔助計算輔助計算一般比較簡單,下面僅介紹增量值計算、螺紋的實際牙頂與牙底尺寸計算。

1.增量值計算描述機床(或刀具)運動和位置有兩種坐標(biāo)形式:一是直角坐標(biāo),二是極坐標(biāo)。直角坐標(biāo)又分絕對值坐標(biāo)和增量值坐標(biāo)。絕對值坐標(biāo)是當(dāng)前點相對于坐標(biāo)原點的坐標(biāo),而增量值坐標(biāo)是當(dāng)前點相對于前一點的相對坐標(biāo),也就是說當(dāng)前點的增量坐標(biāo)值是當(dāng)前點的絕對坐標(biāo)值與前一點的絕對坐標(biāo)值之差。

2.螺紋實際牙頂、實際牙底尺寸計算螺紋牙型高度是指在螺紋牙型上,牙頂?shù)窖赖字g垂直于螺紋軸線的理論高度H,如圖3-39所示。視頻第二節(jié)圖形的數(shù)學(xué)處理機

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根據(jù)GB/T192—2003《普通螺紋》國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,普通螺紋的牙型理論高度H=0.866P,實際加工時,由于螺紋車刀刀尖半徑r的影響,螺紋的實際切深有變化。根據(jù)GB/T197—2003《普通螺紋公差》規(guī)定,螺紋車刀可在牙底最小削平高度H/8處削平或倒圓,同時在牙頂處也要削平高度H/8。則螺紋實際牙型高度可按下式計算h=H-2(H/8)=0.6495P(3-2)式中H——螺紋牙型理論高度,H=0.866P;

P——螺距;

h——螺紋牙型實際高度。第二節(jié)圖形的數(shù)學(xué)處理機

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所以螺紋實際牙頂d'和螺紋實際牙底d'1可近似地用下式計算d'=d-0.2P(3-3)d'1=d'-1.3P(3-4)式中d——螺紋大徑或公稱尺寸;

d'——螺紋實際牙頂尺寸;

d'1——螺紋實際牙底尺寸。

如果螺紋實際牙型高度和螺距較大,可分幾次進給。每次進給的背吃刀量用螺紋實際牙型高度減去精加工背吃刀量所得的差按遞減規(guī)律分配,如圖3-40所示。常用螺紋切削的進給次數(shù)與背吃刀量可參考表3-5選取。在實際加工中,當(dāng)用牙型高度控制螺紋直徑時,一般通過試切來滿足加工要求。第二節(jié)圖形的數(shù)學(xué)處理機

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社第三節(jié)典型零件的數(shù)控加工工藝分析機

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社3.3.1軸類零件的數(shù)控加工工藝下面以圖3-41所示零件為例,介紹其數(shù)控車削加工工藝。所用機床為MJ460數(shù)控車床。視頻第三節(jié)典型零件的數(shù)控加工工藝分析機

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社1.零件圖工藝分析該零件表面有圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧及螺紋等表面組成。其中多個直徑尺寸有較嚴(yán)格的尺寸精度和表面粗糙度等要求;球面S?50mm的尺寸公差還兼有控制該球面形狀(線輪廓)誤差的作用。尺寸標(biāo)注完整,輪廓描述清楚。零件材料為45鋼,無熱處理和硬度要求。通過上述分析,采取以下幾點工藝措施。

1)對圖樣上給定的幾個公差等級(IT7~IT8)要求較高的尺寸,因其公差數(shù)值較小,故編程時不必取平均值,而全部取其基本尺寸即可。

2)在輪廓曲線上,有三處為過象限圓弧,其中兩處為既過象限又改變進給方向的輪廓曲線,因此在加工時應(yīng)進行機械間隙補償,以保證輪廓曲線的準(zhǔn)確性。

3)為便于裝夾,毛坯件左端應(yīng)預(yù)先車出夾持部分(雙點畫線部分),右端面也應(yīng)先車出并鉆好中心孔。毛坯選?60mm棒料。第三節(jié)典型零件的數(shù)控加工工藝分析機

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社2.確定裝夾方案

確定毛坯件軸線和左端大端面(設(shè)計基準(zhǔn))為定位基準(zhǔn)。左端采用自定心卡盤定心夾緊、右端采用活動頂尖支承的裝夾方式。3.確定加工順序

加工順序按由粗到精的原則確定。即先從右到左進行粗車(留0.20mm精車余量),然后從右到左進行精車,最后車削螺紋。數(shù)控車床一般具有粗車循環(huán)和車螺紋循環(huán)功能,只要正確使用編程指令,機床數(shù)控系統(tǒng)就會自行確定其加工路線,因此,該零件的粗車循環(huán)和車螺紋循環(huán)不需要人為確定其加工路線。但精車的加工路線需要人為確定,該零件是從右到左沿零件表面輪廓進給加工。第三節(jié)典型零件的數(shù)控加工工藝分析機

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社4.數(shù)值計算為方便編程,可利用AutoCAD畫出零件圖形,然后取出必要的基點坐標(biāo)值;利用公式對螺紋實際牙頂、實際牙底進行計算。

(1)基點計算以圖3-41上O點為工件坐標(biāo)原點,則A、B、C三點坐標(biāo)分別為:XA=40mm(直徑量)、ZA=-69mm;XB=38.76mm(直徑量)、ZB=-99mm;XC=56mm(直徑量)、ZC=-154.09mm。

(2)螺紋實際牙頂d'、實際牙底d'1計算d'=d-0.2P=30mm-0.2×2mm=29.6mmd'1=d'-1.3P=29.6mm-1.3×2mm=27mm第三節(jié)典型零件的數(shù)控加工工藝分析機

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社5.選擇刀具

1)粗車、精車均選用35°菱形涂層硬質(zhì)合金外圓車刀,副偏角48°,刀尖圓弧半徑0.4mm,為防止與工件輪廓發(fā)生干涉,必要時應(yīng)用AutoCAD作圖檢驗或用仿真軟件檢驗。

2)車螺紋選用硬質(zhì)合金60°外螺紋車刀,取刀尖圓弧半徑0.2mm。6.選擇切削用量

(1)背吃刀量粗車循環(huán)時,確定其背吃刀量ap=2mm;精車時,確定其背吃刀量ap=0.2mm。M30螺紋共分5次車削,但每次背吃刀量不同,查表3-5確定為(直徑量):0.9mm、0.6mm、0.6mm、0.4mm、0.1mm。第三節(jié)典型零件的數(shù)控加工工藝分析機

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社(2)主軸轉(zhuǎn)速查表取粗車時的切削速度v=90m/min,精車時的切削速度v=120m/min,根據(jù)坯件直徑(精車時取平均直徑),利用式n=1000v/πd計算,并結(jié)合機床說明書取:粗車時主軸轉(zhuǎn)速n=500r/min;精車時主軸轉(zhuǎn)速n=1200r/min。車螺紋時取主軸轉(zhuǎn)速n=320r/min。

(3)進給速度粗車時選取進給量f=0.3mm/r,精車時選取f=0.05mm/r。車螺紋的進給量等于螺紋導(dǎo)程,即f=2mm/r。7.數(shù)控加工工藝文件的制訂

1)按加工順序?qū)⒏鞴げ降募庸?nèi)容、所用刀具及其切削用量等填入表3-6數(shù)控加工工序卡片中。

2)將選定的各工步所用刀具的型號、刀片型號、刀片牌號及刀尖圓弧半徑等填入表3-7數(shù)控加工刀具卡片中。第三節(jié)典型零件的數(shù)控加工工藝分析機

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社第三節(jié)典型零件的數(shù)控加工工藝分析機

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社3.3.2平面凸輪零件的數(shù)控加工工藝

平面凸輪零件是數(shù)控銑削加工中常見的零件之一,其輪廓曲線組成不外乎直線-圓弧、圓弧-圓弧、圓弧-非圓曲線及非圓曲線等幾種。所用數(shù)控機床多為兩軸以上聯(lián)動的數(shù)控銑床。加工工藝過程也大同小異。下面以圖3-42所示的平面槽形凸輪為例分析其數(shù)控銑削加工工藝。第三節(jié)典型零件的數(shù)控加工工藝分析機

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社2.確定裝夾方案

一般大型凸輪可用等高墊塊墊在工作臺上,然后用壓板螺栓在凸輪的孔上壓緊。外輪廓平面盤形凸輪的墊塊要小于凸輪的輪廓尺寸,不與銑刀發(fā)生干涉。對小型凸輪,一般用心軸定位、壓緊即可。根據(jù)圖3-42所示凸輪的結(jié)構(gòu)特點,采用“一面兩孔”定位,設(shè)計“一面兩銷”專用夾具。用一塊320mm×320mm×40mm的墊塊,在墊塊上分別精鏜?35mm及?12mm兩個定位銷安裝孔。孔距為(80±0.015)mm,墊塊平面度為0.05mm,加工前先固定墊塊,使兩定位銷孔的中心連線與機床的X軸平行,墊塊的平面要保證與工作臺面平行,并用百分表檢查。圖3-43為本例凸輪零件的裝夾方案示意圖。采用雙螺母夾緊,提高裝夾剛性,防止銑削時振動。第三節(jié)典型零件的數(shù)控加工工藝分析機

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社3.確定加工路線

加工路線包括平面內(nèi)進給和深度進給兩部分路線。對平面內(nèi)進給,對外凸輪廓從切線方向切入,對內(nèi)凹輪廓從過渡圓弧切入。在2.5軸聯(lián)動的數(shù)控銑床上,對銑削平面槽形凸輪,深度進給有兩種方法:一種方法是在XZ(或YZ)平面內(nèi)來回銑削逐漸進刀到既定深度;另一種方法是先打一個工藝孔,然后從工藝孔進刀到既定深度。本例進刀點選在P(150,0),刀具在Y=-15及Y=15之間來回運動,逐漸加深銑削深度,當(dāng)達到既定深度后,刀具在XY平面內(nèi)運動,銑削凸輪輪廓。為保證凸輪的工作表面有較好的表面質(zhì)量,采用順銑方式,即從P(150,0)從開始,對外凸輪廓,按順時針方向銑削,對內(nèi)凹輪廓按逆時針方向銑削,圖3-44所示即為銑刀在水平面內(nèi)的切入加工路線。第三節(jié)典型零件的數(shù)控加工工藝分析機

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社4.選擇刀具及切削用量銑刀材料和幾何參數(shù)主要根據(jù)零件材料切削加工性能、工件表面幾何形狀和尺寸大小選擇;切削用量是依據(jù)零件材料特點、刀具性能及加工精度要求確定。通常,為提高切削效率,要盡量選用大直徑的銑刀;側(cè)吃刀量取刀具直徑的1/3到1/2,背吃刀量應(yīng)大于冷硬層厚度;切削速度和進給速度應(yīng)通過試驗選取效率和刀具壽命的綜合最佳值。精銑時切削速度應(yīng)提高一些。本例零件材料(鑄鐵)屬于一般材料,切削加工性能較好,選用?18mm硬質(zhì)合金立銑刀,主軸轉(zhuǎn)速取150~235r/min,進給速度取30~60mm/min。槽深14mm,銑削余量分三次完成,第一次背吃刀量8mm,第二次背吃刀量5mm,剩下的1mm隨同輪廓精銑一起完成。凸輪槽兩側(cè)面各留0.5~0.7mm精銑余量。在第二次進給完成之后,檢測零件幾何尺寸,依據(jù)檢測結(jié)果決定進刀深度和刀具半徑偏置量,分別對凸輪槽兩側(cè)面精銑一次,達到圖樣